CN105516700A - 图像传感器的成像方法、成像装置和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像传感器的成像方法、成像装置和电子装置，图像传感器包括感光像素阵列及滤光片，每个滤光单元和其所覆盖的多个感光像素共同构成一合并像素，至少一个滤光单元包括白色滤光区，图像传感器还包括透镜阵列，每个微透镜与一个感光像素对应设置，被白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸小于被非白色滤光区对应微透镜的尺寸，成像方法包括：读取感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像；对多帧低分辨率的图像进行合成。该方法只需图像传感器的一帧输出，就能通过合成的方式获得高动态范围的图像，减少了等待数据帧的时间，防止了鬼影的产生。

Description

图像传感器的成像方法、成像装置和电子装置

技术领域

本发明涉及成像技术领域，尤其涉及一种图像传感器的成像方法、成像装置和电子装置。

背景技术

目前，手机拍照功能的多样化赢得了广大用户的喜爱，很多手机在拍照时采用了多帧合成技术，即让手机的图像传感器连续出几张图像，再由软件来合成，以达到不同的拍摄效果(例如HDR、夜景效果等)，以丰富使用体验。

但是，相关技术中的手机所采用的多帧合成技术，由于需要获取多帧数据，存在等待多帧数据所需时间较长的问题。另外，如果在拍摄多帧数据时画面中有物体在移动，那么合成之后很容易产生鬼影。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种图像传感器的成像方法，该成像方法只需要图像传感器的一帧输出，就能通过合成的方式获得高动态范围的图像，从而大大减少了多帧合成中等待数据帧的时间，又由于用于多帧合成的数据来自图像传感器的同一帧，从而可以防止鬼影的产生，进而大大提升了用户体验。

本发明的第二个目的在于提出一种成像装置。

本发明的第三个目的在于提出一种电子装置。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的图像传感器的成像方法，所述图像传感器包括感光像素阵列及设置在所述感光像素阵列上的滤光片，所述滤光片包括滤光单元阵列，每个所述滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的多个感光像素共同构成一合并像素，其中，至少一个所述滤光单元包括白色滤光区，所述图像传感器还包括设置在所述滤光片之上的透镜阵列，所述透镜阵列包括多个微透镜，每个微透镜与一个感光像素对应设置，其中，被所述白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸小于被非白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸，所述成像方法包括以下步骤：读取所述感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像；对所述多帧低分辨率的图像进行合成。

根据本发明实施例的图像传感器的成像方法，只需要图像传感器的一帧输出，就能获得高动态范围的图像，从而大大减少了多帧合成中等待数据帧的时间，又由于用于多帧合成的数据来自图像传感器的同一帧，从而可以防止鬼影的产生，大大提升了用户体验。

在本发明的一个实施例中，所述从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像，具体包括：从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的相同位置的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

在本发明的一个实施例中，所述从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像，具体包括：从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的不同位置的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

在本发明的一个实施例中，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的n*n个感光像素共同构成一个合并像素，所述成像方法具体包括以下步骤：读取所述感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取相邻合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得至少m帧低分辨率的图像；对所述至少m帧低分辨率的图像进行合成；其中，n，m均为大于1的自然数，m取值小于等于n*n。

在本发明的一个实施例中，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的2*2个感光像素共同构成一个合并像素，所述成像方法具体包括以下步骤：读取所述感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得4帧低分辨率的图像；对所述4帧低分辨率的图像进行合成。

在本发明的一个实施例中，相邻的四个合并像素构成一个合并像素单元，每个合并像素单元中相邻排布的四个滤光单元包括一个红色滤光单元、一个蓝色滤光单元和两个绿色滤光单元。

为了实现上述目的，本发明第二方面实施例的成像装置，图像传感器，所述图像传感器包括：感光像素阵列；设置于所述感光像素阵列上的滤光片，所述滤光片包括滤光单元阵列，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的多个所述感光像素共同构成一合并像素；设置在所述滤光片之上的透镜阵列，所述透镜阵列包括多个微透镜，每个微透镜与一个感光像素对应设置，其中，被所述白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸小于被非白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸；以及与所述图像传感器相连的图像处理模块，所述图像处理模块用于读取所述感光像素阵列的输出，并从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像，以及对所述多帧低分辨率的图像进行合成。

根据本发明实施例的成像装置，图像处理模块只需要获得图像传感器的一帧输出，就能通过合成的方式获得高动态范围的图像，从而大大减少了多帧合成中等待数据帧的时间，又由于用于多帧合成的数据来自图像传感器的同一帧，从而可以防止鬼影的产生，进而大大提升了用户体验。

在本发明的一个实施例中，所述图像处理模块具体用于：从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的相同位置的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

在本发明的一个实施例中，所述图像处理模块具体用于：从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的不同位置的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

在本发明的一个实施例中，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖感光像素阵列中相邻的n*n个感光像素共同构成一个合并像素，所述图像处理模块具体用于：读取所述感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取相邻合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得至少m帧低分辨率的图像，并对所述至少m帧低分辨率的图像进行合成；其中，n，m均为大于1的自然数，m取值小于等于n*n。

在本发明的一个实施例中，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的2*2个感光像素共同构成一个合并像素，所述图像处理模块具体用于：读取所述感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得4帧低分辨率的图像，并对所述4帧低分辨率的图像进行合成。

在本发明的一个实施例中，相邻的四个合并像素构成一个合并像素单元，每个合并像素单元中相邻排布的四个滤光单元包括一个红色滤光单元、一个蓝色滤光单元和两个绿色滤光单元。

为了实现上述目的，本发明第三方面实施例的电子装置，包括本发明第二方面实施例的成像装置。

根据本发明实施例的电子装置，由于具有了该成像装置，在拍摄时只需要图像传感器的一帧输出，就能通过合成的方式获得高动态范围的图像，从而大大减少了多帧合成中等待数据帧的时间，又由于用于多帧合成的数据来自图像传感器的同一帧，从而可以防止鬼影的产生，进而大大提升了用户体验。

在本发明的一个实施例中，所述电子装置为手机或平板电脑。

附图说明

图1A是根据本发明一个实施例的图像传感器的成像方法的流程图；

图1B是根据本发明一个具体实施例的图像传感器的成像方法的流程图；

图1C是根据本发明一个具体实施例的图像传感器的成像方法的流程图；

图2A～图2D是根据本发明一个具体实施例的绿色滤光单元的示意图；

图2E是根据本发明一个具体实施例获得多帧低分辨率的图像的原理图；

图3是根据本发明一个实施例的成像装置的方框示意图；

图4A是根据本发明一个实施例的滤光单元阵列的示意图；

图4B是根据本发明一个实施例的图像传感器的结构示意图；

图4C是根据本发明另一个实施例的图像传感器的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的感光像素及相关电路的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的图像传感器的成像方法、成像装置和电子装置。

图1A是根据本发明一个实施例的图像传感器的成像方法的流程图。

首先对本发明实施例的方法所采用的图像传感器进行说明。

具体地，图像传感器包括感光像素阵列及设置在感光像素阵列上的滤光片，滤光片包括滤光单元阵列，所述滤光单元阵列包括多个滤光单元，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖感光像素阵列中相邻的多个感光像素共同构成一合并像素，其中，至少一个滤光单元包括白色滤光区，图像传感器还包括设置在滤光片之上的透镜阵列，透镜阵列包括多个微透镜，每个微透镜与一个感光像素对应设置，其中，被白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸小于被非白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸。

具体地，在至少一个滤光单元中混入白色滤光区，白色滤光区至少对应覆盖一个感光像素。当白色滤光区的面积小于滤光单元的面积时，滤光单元还包括彩色滤光区。例如，当白色滤光区的面积小于绿色滤光单元的面积时，绿色滤光单元同时包括白色滤光区和绿色滤光区。

需要说明的是，白色滤光区主要是让自然光透过，而不进行滤光。因此，白色滤光区可指设置有透明滤光片的区域，也可以指无滤光片的区域，即滤光片中的“镂空”区域。

在本发明的一个实施例中，相邻的四个合并像素构成一个合并像素单元，每个合并像素单元中相邻排布的四个滤光单元包括一个红色滤光单元、一个蓝色滤光单元和两个绿色滤光单元。

在本发明的一个具体实施例中，可以只在绿色滤光单元中混入白色滤光区，其他颜色的滤光单元中不混入白色滤光区。

请参阅图2A～图2D，假设绿色滤光单元1315共覆盖感光像素阵列中的四个感光像素，白色滤光区1317可以覆盖其中一个感光像素，也可以覆盖其中两个感光像素，也可以是覆盖其中三个感光像素，还可以是覆盖四个感光像素。绿色滤光单元1315中的其他感光像素由绿色滤光区1318覆盖。

请同时参阅图2E和图4B，每个滤光单元1315和该滤光单元1315所覆盖感光像素阵列11中相邻的四个感光像素111共同构成一个合并像素14。相邻的四个合并像素共同组成一个包括十六个感光像素111的合并像素单元。

相邻的四个感光像素111共用一个滤光单元1315，例如图2E中虚线框内相邻的四个感光像素Gr1、W2、Gr3和Gr4对应绿色滤光单元1315，Gr1、Gr3和Gr4对应绿色滤光单元1315中的绿色滤光区1318，W2对应绿色滤光单元1315中的白色滤光区1317。在图2E中，Gr、R、B、Gb分别用于标识滤光单元1315的颜色，数字1,2,3,4用于标识滤光单元1315下方相邻的四个感光像素111的位置。具体地，R用于标识红色的滤光单元1315，B用于标识蓝色的滤光单元1315，Gr、Gb用于标识绿色的滤光单元1315，W用于标识滤光单元1315中的白色滤光区1317。

需要说明的是，当滤光单元1315中的白色滤光区1317(或彩色滤光区1318)覆盖多个感光像素(个数以P表示)时，白色滤光区1317(或彩色滤光区1318)可以为一体构造，或者由P个滤光片组装连接在一起。

请参阅图4C，由于白色滤光区1317的作用主要是让自然光透过，而不进行滤光，因此，被白色滤光区1317覆盖的感光像素111获得的光量要比被彩色滤光区1318覆盖的感光像素111获得的光量要多，因此，在设计透镜阵列15时，要使被白色滤光区1317覆盖的感光像素111所对应微透镜151的尺寸小于被非白色滤光区1318(即彩色滤光区)覆盖的感光像素111所对应微透镜151的尺寸，以防止被白色滤光区1317覆盖的感光像素111过度曝光。

上述实施例中以只在绿色滤光单元1315中混入白色滤光区1317为例，当然，在本发明的其他实施例中，还可以在三个颜色的滤光单元1315中选择性的混入白色滤光区1317，在此不对白色滤光区1317的混入方式及白色滤光区1317覆盖的感光像素111的个数进行限定。

综上，本发明实施例中的图像传感器，在至少一个滤光单元中混入白色滤光区1317，相较于彩色滤光区1318，白色滤光区1317具有更好的透光效果使得其覆盖的感光像素111输出的亮度值更高，可以提高低照度下的清晰度。同时，请参阅图4C，被白色滤光区1317覆盖的感光像素111所对应微透镜151的尺寸小于被彩色滤光区1318覆盖的感光像素111所对应微透镜151的尺寸，防止了过度曝光。例如，图4C中设置在白色滤光区1317之上的微透镜151-3的尺寸要比微透镜151-1、151-2、151-4的尺寸小，以防止白色滤光区1317下方的感光像素111过度曝光。

请再次参阅图1A，本发明实施例的图像传感器的成像方法，包括以下步骤：

S1，读取感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

在本发明的一个实施例中，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像，具体包括：从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的相同位置的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

可以理解地，本发明实施例中对单帧高分辨率图像中抽取像素位置也可以根据实际合成图像的需求作调整，比如：从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的不同位置的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

请一并参阅图2E和图4B，从单帧高分辨率图像中分别抽取4个不同合并像素14的相同位置的感光像素111的像素值进行组合，以获得4帧低分辨率的图像，分别为RGGB、RWWB、RGGB、RGGB。举例来说，所获得的第一帧低分辨率的图像的四个感光像素111均抽取自相邻的四个合并像素14所包含的四个滤光单元1315相同位置处Gr1,R1,B1,Gb1对应的感光像素111的像素值。

图2E所示获取多帧低分辨率的图像的方式只是一个举例，在本发明的一些实施例中，也可以从单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素14的不同位置的感光像素111的像素值进行组合。在本发明的另一些实施例中，还可以是根据三个颜色的滤光单元1315中混入的白色滤光区1317的情况不同，从单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素14的感光像素111的像素值进行组合，可以获得多帧不同的低分辨率的图像。

S2，对多帧低分辨率的图像进行合成。

具体地，将获取到的多帧低分辨率的图像进行合成，以生成高动态范围的图像。

更具体地，在对多帧低分辨率的图像进行合成时，可以将所获得的所有低分辨率的图像进行合成，以生成高动态范围的图像；也可以从所获得的所有低分辨率的图像中挑选出几帧不同的图像进行合成，以生成高动态范围的图像，例如，从图2E中所示的4帧低分辨率的图像中选取不同的2帧(RGGB、RWWB)进行合成。

本发明实施例的成像方法，只需要图像传感器的一帧输出，就能通过合成的方式获得高动态范围的图像，从而大大减少多帧合成中等待数据帧的时间，又由于用于多帧合成的数据来自图像传感器的同一帧输出，从而防止鬼影的产生，进而大大提升了用户体验。

在本发明的一个具体实施例中，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的n*n个感光像素共同构成一个合并像素。如图1B所示，图像传感器的成像方法具体包括以下步骤：

S101，读取感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取相邻合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得至少m帧低分辨率的图像。

S102，对至少m帧低分辨率的图像进行合成；其中，n，m均为大于1的自然数，m取值小于等于n*n。

具体地，由于一个合并像素包括n*n个感光像素，那么从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，最多可以获得n*n帧低分辨率的图像，根据实际需求，可以获取至少m帧低分辨率的图像用于多帧合成。

在本发明的一个具体实施例中，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的2*2个感光像素共同构成一个合并像素。如图1C所示，成像方法具体包括以下步骤：

S201，读取感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得4帧低分辨率的图像。

S202，对4帧低分辨率的图像进行合成。

举例来讲，假设16M图像传感器在暗处的帧率为8帧，若采用4帧数据进行多帧合成，那么相关技术中的多帧合成方式需要图像传感器输出4帧数据，也就是说多帧合成中等待数据帧的时间为0.5s；而本发明实施例的图像传感器的成像方法，则只需要图像传感器输出1帧数据，经过从读取的该1帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，就能将该1帧数据分成4张4M的图像，也就是说多帧合成中等待数据帧的时间仅需要0.125s，从而大大减少了多帧合成中等待数据帧的时间，从而给用户带来更好的拍照体验。

另外，在对4帧低分辨率的图像进行合成时，由于4帧4M的图像是从图像传感器的同一帧图像中分离出来的，差异很小，从而可以减小鬼影的产生。

可以理解的是，每个滤光单元覆盖多个感光像素的结构除了n*n(例如2*2、3*3、4*4)结构外，甚至可以是任意n*m结构(n，m为自然数)。由于感光像素阵列上可排列的感光像素的数目是有限的，每个滤光单元所覆盖的感光像素过多的话，所获得的低分辨率的图像的分辨率大小会受到限制，如，若感光像素阵列的像素值为16M，采用2*2结构会获得4张分辨率为4M的低分辨率的图像，而采用4*4结构就只能得到16张分辨率为1M的低分辨率的图像。因此2*2结构是一个较佳排列方式，在尽量少牺牲分辨率的前提下提升图像亮度及清晰度。

为了实现上述实施例，本发明还提出了一种成像装置。

图3是根据本发明一个实施例的成像装置的方框示意图。如图3所示，本发明实施例的成像装置100，包括：图像传感器10和与图像传感器10相连的图像处理模块20。

请一并参阅图4A、图4B和图4C，图像传感器10包括感光像素阵列11及设置于感光像素阵列11上方的滤光片13。该滤光片13包括滤光单元阵列131，该滤光单元阵列131中包括多个滤光单元1315。每个滤光单元1315和位于该滤光单元1315下方的相邻排布的多个感光像素111共同构成一个合并像素14，其中，至少一个滤光单元1315包括白色滤光区1317，图像传感器10还包括设置在滤光片之上的透镜阵列15，透镜阵列15包括多个微透镜151，每个微透镜151与一个感光像素111对应设置，其中，被白色滤光区1317覆盖的感光像素111所对应微透镜151的尺寸小于被非白色滤光区1318覆盖的感光像素111所对应微透镜151的尺寸。

在本发明的一个实施例中，四个相邻的合并像素14构成一个合并像素单元(图未示)。每个合并像素单元中相邻排布的多个滤光单元1315包括一个红色滤光单元1315、一个蓝色滤光单元1315和两个绿色滤光单元1315。

具体地，在至少一个滤光单元1315中混入白色滤光区1317，白色滤光区1317至少对应覆盖一个感光像素111。当白色滤光区1317的面积小于滤光单元1315的面积时，滤光单元1315还包括彩色滤光1318区。例如，当白色滤光区1317的面积小于绿色滤光单元1315的面积时，绿色滤光单元1315同时包括白色滤光区1317和绿色滤光区1318。

需要说明的是，白色滤光区1317主要是让自然光透过，而不进行滤光。因此，白色滤光区1317可指设置有透明滤光片的区域，也可以指无滤光片的区域，即滤光片13中的“镂空”区域。

在本发明的一个具体实施例中，可以只在绿色滤光单元1315中混入白色滤光区1317，其他颜色的滤光单元1315中不混入白色滤光区1317。

请参阅图2A～图2D，假设绿色滤光单元1315共覆盖感光像素阵列中的四个感光像素，白色滤光区1317可以覆盖其中一个感光像素，也可以覆盖其中两个感光像素，也可以是覆盖其中三个感光像素，还可以是覆盖四个感光像素。绿色滤光单元1315中的其他感光像素由绿色滤光区1318覆盖。

请参阅图2E和图4B，以每个滤光单元1315覆盖感光像素阵列11中相邻的编号为1,2,3,4的四个感光像素111为例，每个滤光单元1315和位于该滤光单元1315下方的相邻排布的四个感光像素111共同构成一个合并像素14。相邻的四个合并像素14组成一个包含十六个感光像素111的合并像素单元。

相邻的四个感光像素111共用一个滤光单元1315，而相邻的四个滤光单元1315(包括一个红色滤光单元1315、一个蓝色滤光单元1315和两个绿色滤光单元1315)共同构成一组滤光结构1313。

其中，当滤光单元1315中的白色滤光区1317(或彩色滤光区1318)覆盖多个感光像素(个数以P表示)时，白色滤光区1317(或彩色滤光区1318)可以为一体构造，或者由P个滤光片组装连接在一起。

由于白色滤光区1317的作用主要是让自然光透过，而不进行滤光，因此，被白色滤光区1317覆盖的感光像素111获得的光量要比被彩色滤光区1318覆盖的感光像素111获得的光量要多，因此，如图4C所示，在设计透镜阵列15时，要使被白色滤光区1317覆盖的感光像素111所对应微透镜151的尺寸小于被非白色滤光区1318(即彩色滤光区)覆盖的感光像素111所对应微透镜151的尺寸，以防止被白色滤光区1317覆盖的感光像素111过度曝光。

上述实施例中以只在绿色滤光单元1315中混入白色滤光区1317为例，当然，在本发明的其他实施例中，还可以在三个颜色的滤光单元1315中选择性的混入白色滤光区1317，在此不对白色滤光区1317的混入方式及白色滤光区1317覆盖的感光像素111的个数进行限定。

综上，在图像传感器10中，至少一个滤光单元中混入有白色滤光区1317，相较于彩色滤光区1318，白色滤光区1317具有更好的透光效果使得其覆盖的感光像素111输出的亮度值更高，可以提高低照度下的清晰度。同时，请参阅图4C，被白色滤光区1317覆盖的感光像素111所对应微透镜151的尺寸小于被彩色滤光区1318覆盖的感光像素111所对应微透镜151的尺寸，防止了过度曝光。例如，图4C中设置在白色滤光区1317之上的微透镜151-3的尺寸要比微透镜151-1、151-2、151-4的尺寸小，以防止白色滤光区1317下方的感光像素111过度曝光。

图像处理模块20用于读取感光像素阵列11的输出，并从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素111的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像，以及对多帧低分辨率的图像进行合成。

在本发明的一个实施例中，图像处理模块20具体用于：从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的相同位置的感光像素111的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

可以理解地，本发明实施例中对单帧高分辨率图像中抽取像素位置也可以根据实际合成图像的需求作调整，比如：图像处理模块20从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的不同位置的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

请一并参阅图2E和图4B，图像处理模块20从单帧高分辨率图像中抽取4个不同合并像素14的相同位置的感光像素111的像素值进行组合，以获得4帧低分辨率的图像，分别为RGGB、RWWB、RGGB、RGGB。举例来说，所获得的第一帧低分辨率的图像的四个感光像素111均抽取自相邻的四个合并像素14所包含的四个滤光单元1315相同位置处Gr1,R1,B1,Gb1对应的感光像素111的像素值。

图2E所示获取多帧低分辨率的图像的方式只是一个举例，在本发明的一些实施例中，图像处理模块20也可以从单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素14的不同位置的感光像素111的像素值进行组合。在本发明的另一些实施例中，还可以是根据三个颜色的滤光单元1315中混入的白色滤光区1317的情况不同，从单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素14的感光像素111的像素值进行组合，可以获得多帧不同的低分辨率的图像。

进一步地，图像处理模块20将获取到的多帧低分辨率的图像进行合成，以生成高动态范围的图像。

更具体地，图像处理模块20可以将所获得的所有低分辨率的图像进行合成，以生成高动态范围的图像；图像处理模块20也可以从所获得的所有低分辨率的图像中挑选出几帧不同的图像进行合成，以生成高动态范围的图像，例如从图2E中所示的4帧低分辨率的图像中选取不同的2帧(RGGB、RWWB)进行合成。

本发明实施例的成像装置，图像处理模块只需要图像传感器的一帧输出，就能通过合成的方式获得高动态范围的图像，从而大大减少多帧合成中等待数据帧的时间，又由于用于多帧合成的数据来自图像传感器的同一帧输出，从而防止鬼影的产生，进而大大提升了用户体验。

在本发明的一个实施例中，每个滤光单元1315和该滤光单元1315所覆盖的感光像素阵列11中相邻的n*n个感光像素111共同构成一个合并像素，图像处理模块20具体用于：读取感光像素阵列11的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取相邻合并像素的感光像素111的像素值进行组合，以获得至少m帧低分辨率的图像，并对至少m帧低分辨率的图像进行合成；其中，n，m均为大于1的自然数，m取值小于等于n*n。

在本发明的一个实施例中，每个滤光单元1315和该滤光单元1315所覆盖的感光像素阵列11中相邻的2*2个感光像素111共同构成一个合并像素14，图像处理模块20具体用于：读取感光像素阵列11的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素111的像素值进行组合，以获得4帧低分辨率的图像，并对4帧低分辨率的图像进行合成。

举例来讲，假设16M图像传感器在暗处的帧率为8帧，若采用4帧数据进行多帧合成，那么相关技术中的多帧合成方式需要图像传感器输出4帧数据，也就是说多帧合成中等待数据帧的时间为0.5s；而本发明实施例的成像装置，则只需要图像传感器输出1帧数据，图像处理模块20从该1帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素111的像素值进行组合，就能将该1帧数据分成4张4M的图像，也就是说多帧合成中等待数据帧的时间仅需要0.125s，从而大大减少了多帧合成中等待数据帧的时间，从而给用户带来更好的拍照体验。

另外，在对4帧低分辨率的图像进行合成时，由于4帧4M的图像是从图像传感器的同一帧图像中分离出来的，差异很小，从而可以减小鬼影的产生。

可以理解的是，每个滤光单元1315覆盖多个感光像素111的结构除了n*n(例如2*2、3*3、4*4)结构外，甚至可以是任意n*m结构(n，m为自然数)。由于感光像素阵列11上可排列的感光像素111的数目是有限的，每个滤光单元1315所覆盖的感光像素111过多的话，所获得的低分辨率的图像的分辨率大小会受到限制，如，若感光像素阵列11的像素值为16M，采用2*2结构会获得4张分辨率为4M的低分辨率的图像，而采用4*4结构就只能得到16张分辨率为1M的低分辨率的图像。因此2*2结构是一个较佳排列方式，在尽量少牺牲分辨率的前提下提升图像亮度及清晰度。

请参阅图4C，在本发明的一个实施例中，图像传感器10的每个合并像素14还包括设置在滤光单元1315上方的透镜阵列15。该透镜阵列15上的每个微透镜151与一个感光像素111对应，包括形状、大小、位置对应。微透镜151用于将光线汇聚到感光像素111的感光部分112上，以提升感光像素111的受光强度，从而改善成像画质。在某些实施方式中，每个滤光单元1315对应2*2个感光像素111及2*2个微透镜151。

请参阅图5，图5为感光像素及相关电路的示意图。在本发明的实施例中，感光像素111包括光电二极管1113。感光像素111与开关管1115、源极跟随器1117(sourcefollower)和模数转换器17(anaolog-to-digitalconverter)的连接关系如图5所示。即一个感光像素111对应采用一个源极跟随器1117和一个模数转换器17。

其中，光电二极管1113用于将光照转化为电荷，且产生的电荷与光照强度成比例关系；开关管1115用于根据行选择逻辑单元41及列选择逻辑单元43的控制信号来控制电路的导通及断开，当电路导通时，源极跟随器1117用于将光电二极管1113经光照产生的电荷信号转化为电压信号。模数转换器17用于将电压信号转换为数字信号，并传输至图像处理模块20进行处理。其中，行选择逻辑单元41及列选择逻辑单元43与成像装置100的控制模块相连，并由成像装置100的控制模块控制。

本发明实施例的成像装置，图像处理模块只需要获得图像传感器的一帧输出，就能通过合成的方式获得高动态范围的图像，从而大大减少了多帧合成中等待数据帧的时间，又由于用于多帧合成的数据来自图像传感器的同一帧，从而防止鬼影的产生，进而大大提升了用户体验。

为了实现上述实施例，本发明还提出了一种电子装置。该电子装置包括本发明实施例的成像装置。

在本发明的一个实施例中，电子装置为手机或平板电脑。

本发明实施例的电子装置，由于具有了该成像装置，在拍摄时只需要图像传感器的一帧输出，就能通过合成的方式获得高动态范围的图像，从而大大减少了多帧合成中等待数据帧的时间，又由于用于多帧合成的数据来自图像传感器的同一帧，从而防止鬼影的产生，进而大大提升了用户体验。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种图像传感器的成像方法，其特征在于，所述图像传感器包括感光像素阵列及设置在所述感光像素阵列上的滤光片，所述滤光片包括滤光单元阵列，每个所述滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的多个感光像素共同构成一合并像素，其中，至少一个所述滤光单元包括白色滤光区，所述图像传感器还包括设置在所述滤光片之上的透镜阵列，所述透镜阵列包括多个微透镜，每个微透镜与一个感光像素对应设置，其中，被所述白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸小于被非白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸，所述成像方法包括以下步骤：

读取所述感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像；

对所述多帧低分辨率的图像进行合成。

2.如权利要求1所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，所述从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像，具体包括：从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的相同位置的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

3.如权利要求1所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的n*n个感光像素共同构成一个合并像素，所述成像方法具体包括以下步骤：

读取所述感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取相邻合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得至少m帧低分辨率的图像；

对所述至少m帧低分辨率的图像进行合成；其中，n，m均为大于1的自然数，m取值小于等于n*n。

4.如权利要求3所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的2*2个感光像素共同构成一个合并像素，所述成像方法具体包括以下步骤：

读取所述感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得4帧低分辨率的图像；

对所述4帧低分辨率的图像进行合成。

5.如权利要求1所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，相邻的四个所述合并像素共同构成一个合并像素单元，每个合并像素单元中的四个滤光单元以拜耳阵列排布，且所述四个滤光单元包括一个红色滤光单元、一个蓝色滤光单元和两个绿色滤光单元。

6.一种成像装置，其特征在于，包括：

图像传感器，所述图像传感器包括：

感光像素阵列；

设置于所述感光像素阵列上的滤光片，所述滤光片包括滤光单元阵列，每个所述滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的多个感光像素共同构成一合并像素；

设置在所述滤光片之上的透镜阵列，所述透镜阵列包括多个微透镜，每个微透镜与一个感光像素对应设置，其中，被所述白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸小于被非白色滤光区覆盖的感光像素所对应微透镜的尺寸；以及

与所述图像传感器相连的图像处理模块，所述图像处理模块用于读取所述感光像素阵列的输出，并从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像，以及对所述多帧低分辨率的图像进行合成。

7.如权利要求6所述的成像装置，其特征在于，所述图像处理模块具体用于：从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的相同位置的感光像素的像素值进行组合，以获得多帧低分辨率的图像。

8.如权利要求6所述的成像装置，其特征在于，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的n*n个感光像素共同构成一个合并像素，所述图像处理模块具体用于：

读取所述感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取相邻合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得至少m帧低分辨率的图像，并对所述至少m帧低分辨率的图像进行合成；其中，n，m均为大于1的自然数，m取值小于等于n*n。

9.如权利要求8所述的成像装置，其特征在于，每个滤光单元和该滤光单元所覆盖的感光像素阵列中相邻的2*2个感光像素共同构成一个合并像素，所述图像处理模块具体用于：

读取所述感光像素阵列的输出，从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素的像素值进行组合，以获得4帧低分辨率的图像，并对所述4帧低分辨率的图像进行合成。

10.如权利要求6所述的成像装置，其特征在于，相邻的四个所述合并像素共同构成一个合并像素单元，每个合并像素单元中的四个滤光单元以拜耳阵列排布，且所述四个滤光单元包括一个红色滤光单元、一个蓝色滤光单元和两个绿色滤光单元。

11.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求6-10任一项所述的成像装置。

12.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置为手机或平板电脑。